научная статья по теме САХАРНЫЙ ДИАБЕТ: МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС Биология

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «САХАРНЫЙ ДИАБЕТ: МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС»

САХАРНЫЙ ДИАБЕТ: МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС © 2011 г. И. Б. Заводник1,2, *, И. К. Дремза1, Е. А. Лапшина1, В. Т. Чещевик1,2

Научно-производственный центр «Институт фармакологии и биохимии НАНБеларуси», Бульвар Ленинского Комсомола, д. 50, 230017, Гродно, Беларусь; *электронная почта: [email protected]; тел.: +375152 437935;

факс: +375152 434121 2Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, ул. Э. Ожешко, д. 22, 230022, Гродно, Беларусь Поступила в редакцию 08.08.2010 г.

Сахарный диабет — сложное полигенное заболевание, характеризующееся многочисленными метаболическими нарушениями. Прогрессирующая гипергликемия, которая развивается при этом заболевании, приводит к клинически выраженному повреждению тканей и считается наиболее важным фактором риска макро- и микрососудистых осложнений, приводящих к диабетической ретинопатии, нефропатии и нейропатии. Сопровождающие гипергликемию окислительный стресс и нарушение биодоступности оксида азота играют важную роль в патогенезе как сахарного диабета, так и его осложнений. Гомеостаз глюкозы, в поддержании которого участвует инсулин, включает высокий уровень поглощения глюкозы клетками скелетной мускулатуры и подавление продукции глюкозы в печени. M. Brownlee (2005) сформулировал положение об определяющей роли окислительного стресса в развитии сахарного диабета в виде гипотезы об унифицирующем механизме (a unifying mechanism), согласно которой дисфункция митохондрий и гиперпродукция супероксидных радикалов митохондриями представляет основной механизм активации повреждения тканей при сахарном диабете, связанный с гипергликемией. В основе метаболического гомеостаза глюкозы лежат два «зеркальных» клеточных сигнальных каскада: инсулинзависимое потребление глюкозы (IMGU, insulin-mediated glucose uptake) в клетках мышечной ткани, печени, сердца и стимулируемая глюкозой секреция инсулина (GSIS, glucose-stimulated insulin secretion) в в-клетках поджелудочной железы. В дополнение к неспецифическому необратимому окислительному повреждению молекул ДНК, белков и липидов активные формы кислорода и азота вызывают опосредованное повреждение клеток и тканей, активируя ряд клеточных стресс-чувствительных сигнальных каскадов. Зависимое от окислительного стресса повышение степени фосфорилирования остатков серина в молекуле белка — субстрата рецептора инсулина (IRS) уменьшает способность IRS претерпевать фосфорилирование остатков тирозина и может ускорять его деградацию, что лежит в основе развития индуцируемой стрессом резистентности к инсулину.

Ключевые слова: сахарный диабет, инсулин, клеточная сигнализация, окислительный стресс, митохондрии.

ПАТОБИОЛОГИЯ ГИПЕРГЛИКЕМИИ. РОЛЬ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА

Инсулинзависимый и инсулиннезависимый сахарный диабет входят в число наиболее распространенных заболеваний современного общества. Учитывая угрожающий рост заболеваемости сахарным диабетом и цену, которую необходимо платить за поддержание здоровья общества, важно понять патофизиологические механизмы этих заболеваний и причины столь угрожающего их распространения, а также разработать меры, позволяющие предотвратить распространение патологии.

Сахарный диабет представляет собой сложное полифункциональное заболевание, характеризу-

ющееся многообразными метаболическими нарушениями. Эпидемиологические исследования подтверждают, что причиной клинически регистрируемого повреждения тканей при сахарном диабете является прогрессирующая гипергликемия [1], наиболее важный фактор риска последующих макро- и микрососудистых осложнений, приводящих к диабетической ретинопатии, неф-ропатии, нейропатии. Сопровождающие гипергликемию окислительный стресс и нарушение доступности оксида азота играют важную роль в патогенезе как сахарного диабета, так и его осложнений [2, 3]. Механизмы, приводящие к образованию активных форм кислорода (АФК) и азота и к окислительному стрессу, включают метаболический стресс, обусловленный нарушени-

ем энергетического обмена клетки, аутоокисле-ние глюкозы [3, 4], синтез провоспалительных медиаторов, неферментативное гликозилирова-ние белков и липидов. Необходимо подчеркнуть, что повреждения тканей при сахарном диабете определяются процессами, происходящими на молекулярном и клеточном уровнях. Так, развитие сахарного диабета типа 1 и его проявления связаны с дисфункцией р-клеток поджелудочной железы и нарушением секреции инсулина, тогда как при сахарном диабете типа 2 изменяется чувствительность рецепторов клеток-мишеней к инсулину (резистентность к инсулину) и нарушается потребление глюкозы тканями.

Следует отметить, что наиболее распространенные хронические неинфекционные заболевания, такие как рак, сахарный диабет, сердечнососудистые и нейродегенеративные заболевания, — это возрастные, многофакторные, полигенные заболевания, часто имеющие значительный неферментативный, неметаболический, химический компонент [5].

Метаболические эффекты гипергликемии. Го-

меостаз глюкозы, поддерживаемый инсулином, включает рост поглощения глюкозы скелетной мускулатурой и подавление продукции глюкозы в печени. M. Brownlee сформулировал положение о роли окислительного стресса в развитии сахарного диабета в виде гипотезы об унифицирующем механизме (a unifying mechanism), согласно которой дисфункция митохондрий и гиперпродукция супероксидных радикалов митохондриями представляет основной механизм активации связанных с гипергликемией метаболических путей повреждения тканей при сахарном диабете [1]. Хронические поражения тканей, развивающиеся при сахарном диабете и подобных заболеваниях, включают как окислительную модификацию белков, ДНК и липидов АФК и азота, так и химическую модификацию белков (и не только) продуктами окисления сахаров и липидов. При этом образуются конечные продукты гликозилирования (гликоксидации) и липоксидации (advanced glu-cation/glucoxidation and lipoxidation end products, AGE/ALE) [6]. Повышение уровня глюкозы индуцирует метаболические и физиологические сигналы, механизмы которых одинаковы в поджелудочной железе и в периферических тканях, но результаты различны, благодаря функциональной специализации тканей [7].

Транспорт глюкозы в клетку, обеспечиваемый тканеспецифичными транспортерами, не является скорость-лимитирующим процессом. Следующий шаг метаболизма глюкозы — ее фосфорили-рование тканеспецифичными глюкокиназами. В р-клетках глюкокиназа (или гексокиназа IV) активируется при связывании с порообразующим белком во внешней митохондриальной мембране

(в месте контакта внешней и внутренней мито-хондриальных мембран). Подобный механизм активации гексокиназы II существует в скелетной мышце и жировой ткани. Активация гексокиназы зависит от структуры поры, которая является потенциал-зависимой и регулируется электрическим потенциалом внутренней митохондриаль-ной мембраны. Дефекты дыхательной цепи, приводящие к деполяризации митохондриальной мембраны, могут быть связаны с нарушениями активности ферментов, фосфорилирующих глюкозу. Взаимодействие гексокиназы с контактным участком митохондриальной мембраны и ее активация приводят к росту содержания ADP и глю-козо-6-фосфата (G-6-P). ADP прямо поступает в митохондрии, стимулируя окислительное фосфо-рилирование. G-6-P представляет собой важнейший интермедиат энергетического метаболизма, располагаясь на ключевой позиции переключения реакций между гликолизом, синтезом гликогена, пентозофосфатным путем. Гликолиз сопряжен с реакциями митохондриального окислительного фосфорилирования, ускоряемыми при росте содержания глюкозы в крови, в трех точках: посредством переноса NADH к комплексу I дыхательной цепи через переносчик малат/аспартат, посредством переноса FADH2 к комплексу II через глицерофосфат/гидроксиацетон-фосфатный цикл, с участием гексо(глюко)киназ, поставляющих ADP комплексу V (АТР-синтазе). Переносчик фосфокреатина, присутствующий в клетках головного мозга и мышц, также может быть вовлечен в индуцируемый глюкозой сигнальный каскад, завершающийся секрецией инсулина р-клетками. Взаимодействие между креатинкиназой, связанной с плазматической мембраной, и митохондриальной креатинкиназой обеспечивает локальное повышение концентрации АТР вблизи АТР-зависимых ионных каналов. Это приводит к росту цитозольной и даже внутримитохондриальной концентрации кальция и, в конечном итоге, к секреции инсулина. Таким образом, в р-клетках глюкоза посредством мембраносвязанной глюкокиназы стимулирует синтез фосфокреатина в митохондриях. Подобная последовательность сигналов используется в мышечных тканях в обратном направлении, когда при физической нагрузке уровень креатина увеличивается за счет высокой скорости обмена АТР, что, в свою очередь, стимулирует синтез ATP в митохондриях и фосфорилирование глюкозы гексокиназой. Более того, взаимное влияние цитозоля и митохондрий способствует активации синтеза гликогена из глюкозы. Активность связанной с митохондриями гексокиназы обеспечивает синтез G-6-P и стимулирует продукцию UTP с участием митохондриальной нук-леозиддифосфаткиназы [7].

Патофизиологически выделяют по меньшей мере две формы сахарного диабета, различающи-

еся энергетическим метаболизмом. Первая форма обусловлена точечной мутацией гена глюко-киназы, тогда как вторая представлена несколькими формами митохондриального диабета, в основе которого лежат мутации митохондриаль-ной ДНК (мтДНК), кодирующей ряд субъединиц комплексов дыхательной цепи митохондрий. мтДНК весьма чувствительна к повреждениям и накапливает мутации при старении [7]. В основе сахарного диабета типа 2 (как и метаболического синдрома) лежит устойчивость тканей к действию инсулина — нарушение способности гормона подавлять выброс глюкозы клетками печени и обеспечивать периферическое потребление глюкозы (peripheral glucose disposal), а также неспособность маскировать относительную недостаточность функции ß-клеток.

При диабетической гипергликемии активируются четыре основных метаболических процесса, играющих важную роль в повреждении клеток [1].

1) Полиольный метаболический путь; гипергликемия приводит к повышен

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Биология»

БОНДАРЕВА ВЕРА МИХАЙЛОВНА, ЧИСТЯКОВА ОКСАНА ВИКТОРОВНА — 2008 г.

naukarus.com

Окислительный стресс и сахарный диабет

Ишемия и гипоксия тканей, наблюдаемая при сахарном диабете, являются основными факторами, способствующими повышенно­му образованию реактивных оксидантов в различных органах и тканях. и участвую­щих в развитии патологически измененных структур тканей и органов, что приводит к нарушению их функции. Сахарный диабет характеризуется синдромом хронической гипергликемией, которая приводит к нару­шению всех видов обмена веществ, влияя непосредственно на развития сосудистых осложнений диабета. Если равновесие в ор­ганизме смещается в сторону окислитель­ных процессов, то это называется окисли­тельным стрессом. Кроме того, накопление большого количества активных форм кис­лорода (АФК), а также снижение концен­трации клеточного глутатиона (основного антиоксиданта, вырабатываемого нашим организмом) является причиной развития таких осложнений как синдром диабетиче­ской стопы при сахарном диабете.

Окислительный стресс — это нарушение в организме баланса между прооксиданта-ми и компонентами системы антиоксидантной защиты. Он сопровождается различной степенью выраженности дефицита инсули­на и инсулинрезистентности, являющихся обязательными компонентами патогенеза сосудистых осложнений диабета.Окисли-тельный стресс при сахарном диабете мо­жет быть следствием различных механиз­мов: повышенного образования реактивных оксидантов, образующихся при окислении как самих углеводов, так и углеводов, образующих комплексы с различными белками, а также в результате аутоокисления жирных кислот в триглицеридах, фосфолипидах и эфирах холестерина;

Ишемия и гипоксия тканей, наблюдаемая при сахарном диабете, являются дополни­тельными факторами, способствующими повышенному образованию реактивных оксидантов в различных органах и тканях. и участвующих в развитии патологически измененных структур тканей и органов, что приводит к нарушению их функции.

Беспредельное увеличение свободных ра­дикалов и гидроперекисей липидов должно было бы привести к быстрому разрушению клеточных структур, но в естественных условиях этого не происходит благодаря наличию в организме сложной и многоком­понентной системы биоантиокислителей и естественных антиоксидантов, способных при химическом воздействии ингибировать свободно-радикальное окисление липидов.

В норме сохраняется равновесие между ско­ростью ПОЛ и активностью антиоксидант-ной системы (витамины Е, С, В, супероксид-дисмутаза, каталаза, глютатионтрансфераза, глютатионпероксидаза, глютатионредуктаза и др.), что является одним из основных по­казателей гомеостаза. Конечным продуктом ПОЛ является малоновый диальдегид, кото­рый ингибирует простациклин, способствуя агрегации тромбоцитов и тромбообразова-нию. Усиление активности ПОЛ играет су­щественную роль в повреждении эритроци­тов и эндотелия сосудов и в формировании диабетических ангиопатий.

Однако уровень РФК, превышающий за­щитные возможности клетки, вызывает се­рьёзные клеточные нарушения (например, истощение АТФ) и как результат разруше­ние клетки. В зависимости от силы стресса клетки могут погибнуть в результате апоп-тоза, когда внутреннее содержимое клетки успевает деградировать до нетоксичных продуктов распада, или в результате не­кроза, когда сила оксидативного стресса слишком велика. При некрозе клеточная мембрана нарушается и содержимое клетки высвобождается в окружающую среду, что может в результате повредить окружающие клетки и ткани.

Нами проведен анализ показателей состо­яния антиоксидантной системы у больных со смешанной формой синдрома диабети­ческой стопы, находившихся на лечении в отделении гнойной хирургии Красноярско­го краевого гнойно-септического центра по поводу гнойно-некротических осложне­ний сахарного диабета. Всего обследовано 31 больной в возрасте от 24до 83лет. Сред­ний возраст пациентов составил 59,5 лет.

Мужчин было 10 (32,3%), женщин-21 (67,7%).

При поступлении у пациентов имелась смешанная форма синдрома диабетической стопы, осложненная остеомиелитом костей стопы, у 29,2% пациентов синдром диабети­ческой стопы осложнился гангреной паль­цев и дистальных отделов стопы, у 60,4% имелись гнойно-некротические язвы и раны. По классификации Wagner больные рас­пределились следующим образом: Wagner 2 — 60,4%; Wagner 3 — 10,4%; Wagner 4 — 22,9%; Wagner 5 — 6,2%. Бсе больные по­лучали стандартную терапию.

Быраженность окислительного стресса оценивали по уровню малонового диальде-гида — МДА. который — возникает в орга­низме при деградации полиненасыщенных жиров реактивными формами кислорода, служит маркером пероксидирования жиров и оксидативного стресса. Для оценки состоя­ния АОС у обследованных пациентов опре­деляли также активность внутриклеточных антиоксидантных ферментов: супероксид-дисмутазы (СОД) , глутатионпероксидазы (ГТП), глутатион-трансферазы и каталазы (КТ). Исследования проводили при посту­плении больного в клинику на 3, 7, 14-е сут­ки и при выписке. Результаты исследования: Согласно данным, у больных при поступлении наблюдается значительное повышение уровня МДА в 1,5 раза, а в случае высокой ампутации в 2,5-3 раза. Содержание МДА у больных во все сроки исследования выше нормы, у 50% больных высокие показатели МДА сохраняются и при выписке.

Супероксиддисмутаза (СОД) относит­ся к группе антиоксидантных ферментов. Бместе с каталазой и другими антиокси­дантными ферментами она защищает орга­низм человека от постоянно образующихся высокотоксичных кислородных радикалов. Супероксиддисмутаза катализирует дис-мутацию супероксида в кислород и перок-сид водорода. Таким образом, она играет важнейшую роль в антиоксидантной защи­те практически всех клеток, так или иначе находящихся в контакте с кислородом. По результатам исследования у 32,3% больных СОД в 2,5-3 раза выше нормы, но у пода­вляющего количества больных 67,7% СОД ближе к норме, а у 30% из них даже ниже показателей нормы. Показатели каталазы также были неоднозначны: в 45,2% каталаза выше нормы в 1,5 -2 раза, но в 34,8% ката-лаза в пределах нормы, в 20% случаев она ниже нормы. Показатели глутатионперокси-дазы в половине случаев выше нормы в 1,5 раза, у остальных пациентов она в пределах нормы 40% и ниже нормы в 60% случаев. Глутатион-трансфераза в 100% выше нор­мы, в половине случаев выше нормы в 10 и более раз. Стоит отметить на протяжении исследования данные показатели менялись от показателей ниже нормы до увеличения в 2-3 раза выше нормы и наоборот, что гово­рит о высокой чувствительности антиокси-дантных ферментов.

На основании этих результатов мы можем заключить, что развивающийся вследствие гипергликемии окислительный стресс, характеризующийся избыточной продукцией свободных радикалов (или активных форм кислорода — АФК) и, как следствие, сниже­нием активности антиоксидантной системы приводит к развитию таких осложнений са­харного диабета, как синдром диабетиче­ской стопы.

applied-research.ru

КИНЕТИЧЕСКАЯ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КАК МЕТОД ОЦЕНКИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ПАЦИЕНТОВ С САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ 2-ГО ТИПА

Для оценки окислительного стресса предложен новый подход с использованием кинетической хемилюминесценции: определение антиоксидантной и прооксидантной активности плазмы. В исследовании приняли участие 50 пациентов с сахарным диабетом 2-го типа на пероральной сахароснижающей терапии. Кроме указанных показателей, определяли уровень ТБК-активных продуктов, маркеры воспаления, показатели гемокоагу-ляции и биохимические показатели. Предложенный метод предоставляет независимую от клинических и лабораторных данных информацию об окислительном стрессе у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. Применение его в комплексе с клиническими, лабораторными и инструментальными исследованиями даст возможность полнее оценить состояние пациента в целях диагностики и выбора терапии. За последние десятилетия накоплены данные, свидетельствующие о том, что окислительный стресс участвует в развитии сахарного диабета, в частности, в патогенезе инсулинорезистентности и дисфункции клеток — основных механизмов развития сахарного диабета 2-го типа и его сосудистых осложнений . Высокий уровень глюкозы активирует различные ферментативные каскады в митохондриях, активизирует НАДФН-оксидазу, разобщает NO-синтазы и стимулирует ксантиноксидазы . Липидная пероксидация и гликирование белков фактически объединяют карбонильный и окислительный стресс во взаимосвязанный метаболический круг . Поскольку окислительный стресс является нарушением баланса между оксидантной и антиоксидантной системами организма, то при его оценке требуется количественное описание двух этих составляющих. Хемилюминесцентный (ХЛ) метод благодаря своим преимуществам (простоте, дешевизне, чувствительности и информативности) может успешно использоваться для этих целей. Разработано множество отдельных ХЛ-методик для определения АФК и антиоксидант-ных свойств веществ . Мы предлагаем новый подход, который позволит в одном эксперименте получить показатели о состоянии оксидантно-антиоксидантной системы плазмы крови. Цель данного исследования — оценить возможность применения этого подхода в клинической практике у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа.

Издание: Бюллетень экспериментальной биологии и медицины
Год издания: 2016
Объем: 4с.
Дополнительная информация: 2016.-N 1.-С.149-152. Библ. 9 назв.
Просмотров: 38

www.fesmu.ru

Окислительный стресс и инсулинрезистентность

Как указывалось выше, сахарный диабет типа II характеризуется двумя основными поломками: на уровне секреции инсулина и на периферии — за счет снижения чувствительности тканей-мишеней к действию инсулина, или инсулинрезистентности. Огромное количество исследований, проведенных за последние 20 лет, показало, что длительный период инсулинрезистентности предшествует клинической манифестации сахарного диабета типа II. Доказано, что развитие инсулинрезистентности обусловлено влиянием как первичных (генетических), так и вторичных (средовых) факторов. Среди наиболее важных средовых факторов выделяют малоподвижный образ жизни и ожирение. Более 80 % пациентов с сахарным диабетом типа II страдают ожирением, растет число наблюдений, доказывающих, что жировая ткань может продуцировать сигнал, усиливающий инсулинрезистентность мышечной ткани. Метаболические изменения на стадии нарушения толерантности к глюкозе, усугубляющиеся после манифестации диабета, приводят к еще большему снижению инсулиновой чувствительности. Гипергликемия, в частности, является наиболее важным фактором, усугубляющим инсулинрезистентность. И хотя инсулинрезистентность хорошо изучена на всех стадиях развития сахарного диабета типа II, молекулярные механизмы, лежащие в ее основе, остаются во многом неясными.

С окислительным стрессом связывают прогрессирование не только осложнений диабета, но и инсулинрезистентности [1275, 1748]. In vivo исследования на моделях диабета у животных и клинические исследования на пациентах, страдающих сахарным диабетом типа II, продемонстрировали повышение чувствительности к инсулину на фоне лечения витамином E, аскорбиновой кислотой, липоевой кислотой, глутатионом [1273, 1372].

Один из основных эффектов развивающегося при сахарном диабете окислительного стресса, как уже отмечалось, является активация серин-треониновых киназ семейства протеинкиназы С за счет гиперпродукции диацилглицерола при аутоокислении глюкозы по гликолитическому пути и блокаде гликолиза на стадии триозофос- фатов [234, 1424]. Серин-треониновые киназы, фосфорилируя отдельные сериновые и треониновые остатки в молекуле инсулинового рецептора или ИРС, снижают возможности фосфорилирования их тирозиновых остатков, что сопровождается нарушением проведения инсулинового сигнала [236, 1298]. Фосфорилирование ИРС по серин/тре- онину нарушает их способность связываться как с рецептором к инсулину, так и с сигнальными молекулами, особенно с PI3K [1298], в результате чего нарушается активация протеинкиназы В, что приводит к снижению транспорта глюкозы в клетку [1841]. Было показано, что индукция окислительного стресса перекисью водорода в культуре адипо- цитов 3T3-L1 подавляла в них транспорт глюкозы, стимулируемый инсулином, и этот ингибирующий эффект предотвращался предынкубацией клеток с α-липоевой кислотой [1634]. Подобный эффект α-липоевой кислоты отмечался и в культуре миоцитов L6GLUT4, где этот антиоксидант предупреждал снижение уровня внутриклеточного глутатиона, вызываемое перекисью водорода [1071].

В культуре миоцитов L6 индукция окислительного стресса H₂O₂ сопровождалась активацией MAPK р38 и NF-κΒ, связанной со снижением внутриклеточного транспорта глюкозы, стимулированного инсулином [340]. Как известно, NF-κΒ регулирует экспрессию большого числа генов, включая факторы роста и провоспалительные цитокины (в том числе ФНО-α и ИЛ-6), способствующие развитию инсулинрезистентности. Наблюдения последних лет свидетельствуют, что назначением салицилатов можно повысить чувствительность к инсулину за счет снижения активности NF-κΒ [1830]; ади- понектин, потенциальный сенситайзер инсулина, также ингибирует активацию NF-kB [1253].

В качестве стандартных моделей инсулинрезистентности в эксперименте используется инкубация клеток с провоспалительным цитокином ФНО-α и противовоспалительным глюкокортикоидом дексаметазоном. В работе [776] убедительно показано, каким образом эти сигнальные соединения, столь различные по механизму действия, способны индуцировать сходный эффект: культивирование адипоцитов 3T3-L1 с ФНО- α и дексаметазоном приводит к увеличению экспрессии генов, 18 % из которых имеют непосредственное отношение к биологии АКМ, а также к повышению образования активных форм кислорода и белковых карбонильных групп, предшествующему развитию инсулинрезистентности, и усилению фосфорилирования остатков треонина киназы JNK. При этом выраженное снижение эффекта ФНО-α и дексаметазона наблюдалось в результате кардинально различающихся по механизму действия антиоксидантных воздействиях: при введении в среду культивирования N-ацетилцистеина, стимулирующего синтез GSH, и низкомолекулярного имитатора СОД, а также при использовании трансгенных клеток 3T3-L1, полученных введением генов C^Zn-СОД, Mn-СОД и вариантов каталазы цитоплазматической и митохондриальной локализации [776].

Параллельно со стресс-индуцированной активацией серин-киназного каскада изменения внутриклеточного редокс-баланса приводят к окислению и инактивации про- теин-тирозиновых фосфатаз [536, 557]. Этот класс ферментов играет основную роль в регуляции различных сигнальных путей, в том числе MAPK- и стресс-активируемые пути [883, 1638]. Хотя селективное и обратимое ингибирование некоторых тирозино- вых фосфатаз, таких как протеинтирозинфосфатаза 1В, улучшает эффекты инсулина и является антидиабетогенным [668], окисление цистеиновых остатков, необходимое для каталитической активности, инактивирует протеинтирозинфосфатазу и в результате приводит к инсулинрезистентности in vitro [747].

Таким образом, активация любого сигнального пути (NF-kB, MAPK p38, PI3K) чувствительна к окислительному стрессу. Более того, стимуляция этих сигнальных путей связана с нарушением инсулинового ответа, что свидетельствует об их роли в развитии индуцированной окислительном стрессом инсулинрезистентности.

Строгая корреляция ожирения и инсулинрезистентности [693] свидетельствует о том, что основным медиатором индуцированной окислительным стрессом инсулинрезистентности на стадии предиабета может быть циркулирующий фактор, секретируемый адипо- цитами. Относительно этого рассматриваются несколько возможных молекул-кандидатов, включая ФНО-α [1162], лептин [1178], свободные жирные кислоты [322], резистин [1570]. Тем не менее наиболее четкая взаимосвязь ожирения и инсулинрезистентности прослеживается через СЖК [1130, 1512]. Концентрация СЖК повышена при многих состояниях инсулинрезистентности, включая ожирение и сахарный диабет типа II [620]. Существует обратная корреляция между концентрацией СЖК и чувствительностью к инсулину [1311]. еще более тесная взаимозависимость показана между инсулинрезистентностью и аккумуляцией триглицеридов в миоцитах [1129]. И хотя причина такой избыточной аккумуляцией липидов в миоцитах неизвестна, Мак-Гарри и Доббинс [1130] высказали предположение, что повышение концентрации малонил-СоА, первого интермедиата в синтезе жирных кислот и ингибитора карнитинпальмитинтрансферазы-1, играющей основную роль в регуляции окисления и синтеза жирных кислот, может приводить к снижению их окисления в клетке и накоплению в тканях [1436]. Кроме того, показано, что инсулинрезистентность поперечнополосатых мышечных клеток на стадии предиабета и при сформировавшемся сахарном диабете типа II сопряжена с уменьшением содержания в митохондриях белка-разобщителя UCP3, который служит своего рода флиппазой, способствуя экспорту жирных кислот в цитоплазму [1479].

Было предложено несколько объяснений того, каким образом увеличение уровня жирных кислот может приводить к инсулинрезистентности. По гипотезе Рэндла [1377] повышение содержания СЖК в клетке приводит к возрастанию соотношения ацетилкоэнзим А/коэнзим А в митохондриях и к падению соотношения NAD+/NADH, в результате чего инактивируется пируватдегидрогеназа, снижается окисление глюкозы и увеличивается концентрация внутриклеточного цитрата, ингибируется фосфофрук- токиназа, накапливается глюкозо-6-фосфат и ингибируется активность гексокиназы; результатом этих метаболических нарушений является накопление внутриклеточной глюкозы и снижение ее поглощения мышцами. Гипотезе Рэндла противоречат данные о том, что угнетению синтеза мышечного гликогена, вызванного инфузией жира у здоровых добровольцев, предшествовало падение содержания внутримышечного глюко- зо-6-фосфата [1420], что свидетельствует о том, что СЖК способствуют уменьшению внутриклеточной концентрации глюкозы. Эти результаты дают основание утверждать, что индуцированная СЖК инсулинрезистентность развивается на уровне системы, обеспечивающей транспорт глюкозы в клетку.

На молекулярном уровне инфузия СЖК снижает стимулированное инсулином фосфорилирование остатков тирозина ИРС-1 и активность PI3K в мышечных биоп- татах [555, 1420]. У крыс инфузия СЖК ассоциировалась с активацией Са 2 +-незави- симой θ-изоформы PKC, которая селективно экспрессируется в скелетных мышцах и Т-лимфоцитах [441] и обладает уникальной способностью активировать NF-кВ [494]. Как обсуждалось выше, активация этого стресс-чувствительного пути сопровождается индукцией экспрессии генов, связанных с нарушением действия инсулина и развитием осложнений диабета.

СЖК и их метаболиты способны нарушать биологические эффекты инсулина не только за счет стимуляции ингибиторных протеинкиназ, но и посредством провокации окислительного стресса. Исследованиями in vitro показано, что повышение содержания СЖК оказывает влияние на функцию митохондрий, включая разобщение окислительного фосфорилирования и синтез активных форм кислорода [411, 1424, 1748]. При этом жирные кислоты не только стимулируют генерацию прооксидантов, но и нарушают эндогенный антиоксидантный баланс за счет снижения внутриклеточной концентрации глутатиона [746]. Так, у пациентов с сахарным диабетом типа II отмечается выраженная обратная корреляция между концентрацией СЖК натощак и отношением GSH/GSSG [1275]; инфузия СЖК здоровым добровольцам сопровождается возрастанием уровня МДА и падением соотношения GSH/GSSG в плазме крови [1275] параллельно с ингибированием инсулинстимулированного транспорта глюкозы в клетку [1274]. И у здоровых лиц, и у пациентов с сахарным диабетом типа II восстановление редокс-баланса путем инфузии глутатиона улучшают чувствительность к инсулину и функцию β-кле- ток [1273, 1274].

Сопоставляя эти исследования, можно заключить, что индуцированная СЖК инсулинрезистентность обусловлена провокацией окислительного стресса и активацией тех же стресс-чувствительных путей (NF-kB, серин-треониновых киназ, MAPK р38), что и при индуцированном гипергликемией окислительном стрессе. Поскольку активация этих же стресс-чувствительных путей отмечена и при развитии диабетических сосудистых осложнений, напрашивается вывод о том, что окислительный стресс является причиной и развития инсулинрезистентности, и прогрессирования диабетических ангиопатий.

sci.house